院試解答研究所

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ハーバード大学が75年かけた研究結果

今年、ハーバード大学が20億円と75年をかけて

「将来性のある男性の条件」に対する研究の結論を発表した。

将来性のある男性の条件とは「より多く愛情を受けること」だそうだ。

誰でも思いつきそうな結論である。

この話題はTVでも取り上げられ、一時物議をかもした。

あの頭脳集団、ハーバード大学が20億円という膨大な金を使って

75年もの歳月をかけたのだから

これ知ったほとんどの人は「えっ、それだけ?」と感じただろう。

実際ネット上でもそういう意見が多い。

しかし、見方をかえるとこれは非常に意味のある結論である。

研究の立場から、最も証明が難しいものはなにか?

それは、誰でも思いつきそうな、当たり前な経験則である。

例えば、人生を成功するにはどうすればよいか。

それは人それぞれである。そこに一つの答えはない。

しかし、最低限経験則的に、頑張ることが条件だと言えば多くの人は受け入れるだろう。

では、成功するために頑張る、という条件を厳密に証明することはできるだろうか。

ある程度はできるだろうが、普遍的に証明するのは難しいだろう。

当たり前なことほど証明するのは難しいのである。

その意味で、今回ハーバード大学の研究した

ごくありふれたことの証明はそれはそれで意味を持つだろう。

ゲージ不変性の発端

素粒子理論の中にゲージ理論というものがある。
ゲージ理論とは何か。
まずゲージ(gauge)とは長さ、ものの尺度を意味する。
ゲージ理論とは、ある量の大きさ、もしくは長さを少し変化させたとき
理論の形が崩れないことを要求した理論である。
このようにゲージによる変換に対して不変であることを「ゲージ不変性」と呼ぶ。
つまり、ゲージ理論は「ゲージ不変性」が成り立っている理論である。

では、このゲージ不変性とはどこから始まったのか。

歴史的には、ゲージ不変性はマックスウェル方程式で現れる。
マックスウェル方程式とは、古典電磁気学の基礎方程式であるが
方程式の数に対して、文字の数が少ないため、解に自由度が生まれる。
その自由度がχである。
それをゲージχとしたとき、その量に対して方程式が不変であることから
人々はゲージ不変性と呼ぶようになった。

これがゲージ理論が要求する「ゲージ不変性」の発端である。

陽子半径の問題

2009年、natureで今までの陽子半径は間違えている可能性がある、という内容の論文が発表された。
この論文は、Ludwig–Maximilians–University(ドイツ)の
Antognini等によるもので
彼らの測定では、従来の陽子半径よりも4%も小さい、という結果を示した。

なぜこの結果が問題なのかというと、陽子半径が基礎物理定数だからである。
基礎物理定数とは、自然現象を記述する方程式に現れるもので
具体的に定量評価する際、この定数は数値的な量に影響を与える。
例えば基礎物理定数が変わると
いままで自然現象と一致していた計算がずれることになる。
その結果、場合によっては物理を記述する方程式自体を
見直さなくてはいけなくなる。
そのため、基礎物理定数はずれてはならない。
しかし、今回その基礎物理定数が4%もずれたのだ。
これは大きな問題である。

今まで正しいとされてきた陽子半径は、水素原子のLamb shiftの測定結果から決定されていた。
それに対して、彼らはミューオニウムによる陽子半径の計測を行った。
モチベーションはミューオニウムの方が水素よりも半径を厳密に測定できることによる。

この結果が示すのは以下の二つの可能性である。
①実験ミス
②量子電磁力学(QED)のミス

通常、基礎物理定数と異なる場合、実験ミスをまず疑う。
しかし、彼らの測定は2005年に行われ
その4年後にnatureに掲載されたところから
実験については一定以上の信憑性があったと考えられる。
だとすれば、②の可能性が濃厚となる。QEDとは、素粒子論の基礎理論であるため
これがおかしいとなると、それも大きな問題である。
しかし、この問題に関しては現在まであらゆる研究者がそれぞれの解釈を与えてきたが
いまだ人々が納得する答えはでていない。

そんな中、今回この問題の解決に向けて新しい進展があった。
http://scienceportal.jp/news/newsflash_review/newsflash/2014/09/20140922_01.html
これによれば、TRIUMFカナダ国立素粒子原子核研究所は新たに
大量のミューオニウムを生成する方法を開発したようである。
これにより、より精密な実験結果が得られ、少なくとも①、②どちらに問題があるかが明らかになる。

結果が待たれる。

雲の物理学

雲が発生するメカニズム
①上昇気流により更に空気の密度が低下→断熱膨張により温度低下

②高度になればなるほど気温低下

空気の水蒸気⇨水に変化(凝縮)⇨雲発生
雲のメカニズム

波について②

前回音波は縦波であるため、スネルの法則が適用範囲外と述べた。
しかし、よくよく考えてみるとスネルはあくまで光についてであって
音波については何も言っていない。
しかし、音波も屈折する。
これは寒い時期の朝、音が遠くまで響く事実が伝えている。

音と光には、縦波、横波以外にも大きな違いがある。
光は媒質が存在しなくともそれ自身、伝幡することができる。
一方、音は媒質がない限り、存在できない。その証拠に真空中で音は伝わらない。
音の屈折率は光の屈折率とは異なる値を示すのだろうか。
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